Degradacija PFA-a tokom procesa reaktivacije aktiviranog ugljenika
Jul 31, 2025
Ostavi poruku
Razlog reaktiviranja aktiviranog ugljenika
UpotrebaAktivirani ugljikZa uklanjanje PFA-a iz vode zahtijeva češće reaktivaciju aktiviranog ugljenika. Pod kisikom - slobodnom atmosferom, na temperaturama od 500 stepeni i više, tipične tvari poput PFOA-e i PFO-a u potpunosti se uklanjaju iz aktiviranog ugljika i mogu se razgraditi. Ovo pomaže u rješavanju problema "zauvijek hemikalija". Međutim, neki proizvodi razgradnje formiraju se na nižim temperaturama, pa postavši - liječenje protoka plina tijekom postupka grijanja je presudan. Češća reaktivacija zahtijeva značajnu potrošnju energije, kao i dodatno korištenje transporta i sirovina, čime se povećava ugljični otisak industrije poput proizvodnje pitke vode.
Većina procesa pročišćavanja vode, poput proznaka, koagulacije / flokulacije / oborina, brza filtracija, omekšavanje, (napredna) oksidacija i spori pijesak filtriranje, neefikasno su u uklanjanju po- i polifluorkoakl tvarima (PFA). Suprotno tome, adsorpcija upotreba ugljenika zrnatih aktiviranog (GAC) ili u prahu aktiviranog ugljenika (PAC) pokazuje visoku efikasnost u uklanjanju PFA-e i trenutno je najčešće korištena tehnologija uklanjanja PFAS-a pored membranske filtracije. Obje metode mogu efikasno adsorbirati PFA iz vode, ali ne mogu ih razgraditi. Stoga se moraju poduzeti mjere kako bi se spriječilo da se adsorbirane PFAS iz RE - unose u okruženje što je više moguće.
Način uklanjanja PFA-a utječe njihova hemijska struktura i opterećenje organskih spojeva na aktiviranom ugljiku. Dugo - lančani PFA (sa duljinom lanca u ugljenom veće od ili jednake 6 ugljičnih atoma) imaju jače svojstva adsorpcije u odnosu na kratak - lanac PFA-e, tako kratki - lanac koji se obično raspada brže. Uobičajene vrste PFA-a uključuju sulfoničke kiseline (poput perfluorooctanesulfonske kiseline, PFO-a) i karboksilne kiseline (poput perfluorooctanoičke kiseline, PFOA). Sulfonske kiseline imaju bolje adsorpcijske performanse od karboksilnih kiselina, dok se razgranati - lanac PFA uglavnom imaju inferiorne adsorpcijske efekte u odnosu na ne {- razgranačene PFA.
Kada se aktivirani karbonski filter probija kroz (tj. Njegov adsorpcijski kapacitet je zasićen), GAC treba proći tretman reaktivacije. U tu svrhu, zasićeni GAC prevozi se u postrojenja za reaktivaciju aktiviranih dobavljača ugljika za obradu. Multi - čuvašna peć (vrsta vertikalne kalcinske peći) se obično koristi, gdje je GAC adsorbiran sa zagađivačima od vrha. Proces liječenja uključuje sljedeće korake: prvo sušenje GAC-a u 105 stepeni, a zatim ga piroliziranje na 650-ih. Gas generiran tijekom procesa reaktivacije prikuplja se kroz sistem za hvatanje i grijati se i oksidira više puta u vanjskom prisilnom plameniku na visokoj temperaturi iznad 1000 stepena. Plin se zatim pročišćava u plinskom pilingu, a čvrste čestice su zarobljene. Tretirani čisti aktivirani ugljen ispušta se iz dna peći i može se ponovo upotrijebiti u aplikacijama kao što su proizvodnje pitke vode.
Tokom procesa reaktivacije, PFAS se pretvara na različite promjene, uključujući uklanjanje, uništavanje, transformaciju i mineralizaciju. Kada se PFAS ne otkrivaju na GAC-u, ukazuje da su PFAS "uklonjeni". Međutim, to ne znači da je konačna sudbina PFA-e jasna - mogu se transformirati isparavanjem, degradacijom ili mineralizacijom. Tokom uništavanja PFA-e, roditeljski molekuli degradiraju i nestaju. Ako je degradacija nepotpuna, mogu se generirati transformacijski proizvodi, pa čak i ostale vrste PFA-ova mogu biti i ekološki otrovne. Stoga je ključno precizno procijeniti stepen degradacije i da li se stvaraju transformacijski proizvodi. Prisutnost transformacijskih proizvoda može se provjeriti kroz osumnjičenu analizu poznatih ili očekivanih proizvoda ili kroz ciljanu analizu ne -. Ako su PFA-ovi potpuno degradirani, tj. Mineralizacija se postiže, sve c - F obveznice su slomljene, generiraju fluorid. Fluorid tada reagira s vodom ili kalcijumom da bi se formirao vodonik fluorid (HF) ili kalcijum fluorida (CAF₂), na taj način minimiziranje opasnosti od okoliša. Preostali dijelovi molekula PFA-a pretvaraju se u ugljični dioksid (CO₂) ili vodu (H₂o).
Iako proces mineralizacije povećava potrošnju sirovina i energije, pomaže u rješavanju problema zagađenja "zauvijek hemikalija" u okolišu potpuno razgrađujući PFAS u ne {- toksične elemente (poput fluorida, co₂ i h₂o) [1]. Mjerom koncentracije fluorida, može se izvršiti pokušaj za uspostavljanje ravnoteže mase za provjeru jesu li PFAS potpuno mineralizirani. Teoretski, potpuno mineralizirani PFAS trebao bi biti 100% pretvoren u ioni za detective fluoride. Međutim, u praksi se verifikacija ovog procesa obično suočava sa izazovima, dijelom, jer je analitičko detekcija fluorida relativno visoko (obično oko 20 μg / l), dok je koncentracija PFA-a u vodi često na nivou nanograma po litri (NG / L), što je analiziralo na nivou teške analize.
Poznato je da granularni aktivirani ugljik (GAC) ima katalitički učinak na mineralizaciju po mineralizaciji po {{polifluoloalkil tvari (PFA) pod uvjetima grijanja. Watanabe i sur. (2] sprovedene atmosfere u kiseoniku - bez attofona (n₂) u 700 stepeni i otkrili su da su cijene generacije fluorisa tokom mineralizacije perfluorooctanoičke kiseline (PFHXA), i perfluorooctanesulfonska kiselina (PFO-a) iznosila 30%, 46%, a 72% i 72% Respektivno. Kada su PFAS bili adsorbirani na GAC, stope generacije fluorida značajno su se povećale na 51%, 74% i 70%. Nadalje, nakon dodavanja natrijum-hidroksida u kolonu reaktivacije, stope generacije fluorida dodatno su poboljšane na 74%, 91%, a 90%, dok je preostala količina originalnih komponenti PFAS-a pala na manje od 1%. Ovi rezultati pokazuju da GAC igra važnu ulogu u procesu mineralizacije PFA-e. Međutim, za efikasnu primjenu, ključno je duboko razumjeti fizikohemijske procese koji se javljaju na površini GAC-a. GAC može učinkovito "zadržati" PFA-e dok stupac reaktivacije ne dosegne temperaturu pogodnu za mineralizaciju. Pored termohemijskih reakcija, fizikalnohemijska svojstva GAC-a (poput strukture površinskih pora i hemijske aktivnosti) vjerovatno će imati značajan utjecaj na efikasnost mineralizacije PFAS-a [1].
Ako se samo uklanjanje ili uništavanje PFA-a pojavljuju bez kompletne mineralizacije, PFA ili njihovi produkti razgradnji mogu se prenijeti samo nego potpuno eliminirani. Bez efikasnih mjera kontrole, ovi PFA ili njihovi produkti razgradnji mogu ući u okruženje i vodene sustave, što dovodi do Re-- kontaminacije površinske vode, a u konačnici zahtijevaju sekundarno uklanjanje pomoću GAC-a. U velikom tretmanu šire -, dodatni koraci sagorevanja i pilinge za plin obično se uvode za rukovanje protokom plina koji se oslobađa tokom procesa reaktivacije, kako bi se spriječilo emisiju proizvodnje degradacije. Međutim, problem leži u ekstremnoj hemijskoj stabilnosti PFA-a. Poznato je da PFAS može biti potpuno "spaljen" i razgrađen na visokim temperaturama iznad 1200 stepeni. Stoga stvarni učinak konvencionalnih koraka sagorevanja i dalje treba daljnju provjeru.
Eksperimenti reaktivnosti
KWR, u saradnji sa Univerzitetom u Batvu u Velikoj Britaniji razvio je eksperimentalni uređaj za ponovno aktiviranje aktiviranog ugljika pod kontroliranim uvjetima i sistematski proučavanje ponašanja transformacije PFA-e. Ovaj uređaj može precizno simulirati proces reaktivacije, pružajući pouzdanu platformu za ocjenu efikasnosti razgradnje PFA-a i optimizacije procesnih parametara.
Prvo, pripremljeno je visoko - koncentracija PFA-e "zaliha", što je rješenje koje sadrži različite po - i polifluorkoalkil tvari (PFA) u relativno visoku koncentraciju. U eksperimentu je ovo skladišta razblažena potrebnoj koncentraciji za naredne testove.
Za eksperiment je izabran novi zrnati aktivirani ugljik (model TL - 830, Chemviron). Dvije serije aktiviranog ugljika napunjene su perfluorooctanesulfonske kiseline (PFOS) i perfluorooctanoic (PFOA). Nakon toga, koncentracija PFA-a u rješenju nakon učitavanja analizirana je tečnom kromatografijom - masovna spektrometrija (LC-MS) na Univerzitetu u kadi, a izračunata je opterećenje PFAS-a na aktiviranom ugljiku.
Rezultati su pokazali da je utovarivanje PFO-a 81 μg / g aktiviranog ugljenika, a utovarivanje PFOA-e bilo je 75 μg / g aktivnog ugljenika. U eksperimentu je aktivirani ugljik podijeljen u grupe od 10 grama, a toplo je - tretirano u cijevnoj peći u 300 stepeni, 500 stepeni, odnosno 700 stepeni, odnosno 900 stepeni. Na početku liječenja, aktivirani ugljen prvi put se zagrijava u 105 minuta da ispari vlagu koja se nalazi u njemu, tako da spriječi da se mikroporozna struktura aktiviranog ugljika ošteti zbog ekspanzije pare tokom narednog visokog ({12}} temperature. Zatim je aktivirani ugljen zagrijan na ciljnu temperaturu. Tokom cjelokupnog eksperimenta, azotni gas neprekidno je uveden u peć za tube kako bi održala kiseonik - besplatno okruženje. Izgubljeni tok plina kondenziran je kroz hladnu zamku i pročišćena uzastopno kroz dva boca za pranje plina.
Nakon završetka svake reaktivacije, sistem je očišćen, a zatim je učitana nova serija aktiviranog ugljika za nastavak eksperimenta. Tretman pod svakom temperaturnom stanju dva puta je ponovljen kako bi se osigurala pouzdanost podataka. Nakon reaktivacije, aktivirani ugljik bio je podvrgnut analizi ekstrakcije kako bi se utvrdio sadržaj PFA-a koji je ostao na aktivnom ugljiku. Rezultati su pokazali da se PFO i vrlo mala količina PFOA mogu otkriti u ekstraktu samo pod uvjetom reaktivacije 300 stepeni. Kada je temperatura dostigla 500 stupnjeva (uobičajena temperatura u procesu aktiviranog ur u karbonu) i iznad, na aktiviranom ugljiku ne bi se mogli otkriti preostali PFO ili PFOA.
Post - Liječenje reaktivacije
PFOS
Nakon reaktivacije PFOS-a - učitani aktivirani ugljik, samo C8F16, Perfluorooct-1-ENE (M / Z 399), kvalitativno je otkriven u aktiviranom ugljiku tretiranom na 300 stepeni. Ova komponenta nije otkrivena u hladnoj zamci ili bocama za pranje gasa. Nakon reaktivacije u 500 stepeni (ili više), ova supstanca nije otkrivena u aktiviranom ugljiku, kondenzatu ili bocama za pranje gasa. Perfluoroct-1-ene je pfos molekularni lanac bez karakteristične sumponske grupe. Otkriveno je i u ekstraktu učitanog aktiviranog ugljika prije reaktivacije, ali ne i u zalihama. Stoga je ova supstanca već bila prisutna na aktiviranom ugljiku.
PFOA
Nakon reaktivacije PFOA - učitane aktiviranim ugljikom, na aktivnom ugljiku nisu pronađeni proizvodi razgradnji. Međutim, u kondenzatu hladne zamke i boca za pranje plina pronađeni su različiti proizvodi razgradnje. Proizvodi za transformaciju formirani u 300 stepeni i nalaze se u kondenzatovima ili bočicama za pranje gasa mogu se formirati tokom povećanja temperature koji se povećaju na veće vrijednosti i sažete na hladnu zamku na nižim temperaturama. C8HF14O2 (M / Z 395), koji je "izgubio" jedan fluorin atom tokom reaktivacije, može se naći u kondenzatovima i oba boca za pranje plina. Ova supstanca je bila prisutna i u zalihama, ali je uklonjena iz aktiviranog ugljika nakon reaktivacije.
C5F9 (m / z 231), C4F7 (m / z 181), C3F7 (M / Z 169), C3F5 (m / z 131), i C2F5 (m / z 119) su sekvencijalni produkti razgradnje, u kojima se od molekularnog lanca odvajaju atomi ugljika ili CF2. Zbog kvalitativnog mjerenja proizvodnje razgradnje, nemoguće je utvrditi da li se njihov sadržaj povećava ili smanjuje tokom visokog ({17}} temperature.
Zaključak
Ova studija je istraživala reaktivaciju aktiviranog ugljika opterećenog PFO-ovima ili PFOA. Rezultati su pokazali da je nakon tretiranja aktiviranog ugljenika na temperaturi od najmanje 500 stepeni, PFO i PFOA u potpunosti uklonjeni iz aktiviranog ugljika i možda su bili degradirani. Proizvod degradacije PFO-a, C8F16, pronađen je samo na aktiviranom ugljiku tretiranom na 300 stepeni. Pored toga, na aktiviranom ugljenu ili u bocama za pranje benzina nisu otkriveni nisu proizvodi razgradnji. Produci za degradaciju PFOA-e, uključujući C8HF14O2, C5F9, C4F7, C3F7, C3F7, i C2F5, nisu pronađeni na aktiviranom ugljiku, ali su otkriveni u kondenzatu hladne zamke i dva boca za pranje plina. Signali ovih supstanci bili su vrlo mali, pa je bilo nemoguće razjasniti postupak liječenja na različitim temperaturama (tj. Da li su formirani samo za vrijeme grijanja na relativno niskim temperaturama ili tijekom tretmana na višim temperaturama). Reaktivacija u anoksičnim uvjetima na temperaturama iznad 500 stupnjeva čini se efektivno uklanjaju PFO-ove i PFOA od aktiviranog ugljika, što je u skladu sa izjavama proizvođača aktiviranih proizvođača ugljika. Pronađeni proizvodi transformacije odgovaraju stazama razgradnje identificiranih u literaturi [3] i [4]. Međutim, formiranje drugih po - proizvoda ne može se isključiti. Merenje fluorida predloženo u ovom radu još nije dalo konačni balans masenog banaka PFA-e, što naglašava potrebu za tehnologijama sa nižim granicama detekcije. Reaktivacija je efikasna metoda za uklanjanje PFA-a iz aktiviranog ugljika, ali više PFA-a koji je potrebno ukloniti, potrebni su više reaktivnih ciklusa. To takođe znači povećani transport, potrošnju energije i potrošnja sirovina, kao i smanjeni kapacitet pročišćavanja. Takođe će povećati ugljični otisak proizvodnje pitke vode. Čista voda je dragocjena, ali sredstva za dobivanje dolaze na visoku cijenu.
Pošaljite upit